Расчет первой ступени паровой турбины ПТУ К-500-65/3000
Задание
на курсовой проект паровой турбины типа
К-500-65/3000 слушателя ИПК МГОУ, специальность 1010 Локтионова С.А. шифр 08
Разработать проект паровой турбины
ПОАТ ХТЗ К-500-65/3000 (ЦВД).
Исходные данные:
1. Номинальная
мощность ЦВД, МВт 48
2. Начальное давление
пара, МПа 6,8
3. Начальная
влажность пара, % 0,5
4. Противодавление за
ЦВД, МПа 0,28
5. Парораспределение по
выбору
6. Частота вращения, об/мин 3000
Графическая часть:
вычертить продольный разрез ЦВД
Руководитель проекта Томаров Г.В.
Краткое
описание конструкции турбины К-500-65-3000-2
Конденсационная паровая турбина ПОАТ ХТЗ типа
К-500-65-3000-2 без регулируемых отборов пара, с однократным двухступенчатым
пароперегревом, устанавливается на одноконтурной АЭС с ректором типа РБМК-1000.
Она предназначена для преобразования тепловой энергии водяного пара в
механическую энергию вращения роторов турбогенераторов типа ТВВ-500-2У3.
Турбина работает с частотой вращения n=50c-1 и представляет собой одновальный
пятицилиндровый агрегат активного типа, состоящий из одного ЦВД и 4-х ЦНД. ЦНД
расположены симметрично по обе стороны ЦВД. ЦНД имеют 8 выхлопов в 4
конденсатора.
Пароводяная смесь из реактора поступает в
барабан-сепараторы, в которых насыщенный пар отделяется от воды по паровым
трубопроводам направляется к 2-м сдвоенным блокам стопорно-регулирующих
клапанов (СРК).
После СРК пар поступает непосредственно в ЦВД, в среднюю
его часть через два противоположно расположенных горизонтальных патрубка.
Корпус ЦВД выполнен 2-х поточным, двухстенной конструкции.
В каждом потоке имеется 5 ступеней давления, две ступени каждого потока
расположены во внутреннем цилиндре, две ступени – в обойме и одна
непосредственно во внешнем корпусе.
Проточная часть ЦВД снабжена развитой системой
влагоудаления. Попадающая на рабочие лопатки влага отбрасывается центробежными
силами в специальные ловушки, расположенные напротив срезанной части бандажа.
Турбина имеет четыре нерегулируемых отбора пара в ЦВД:
-
1-й отбор за второй ступенью,
-
2-й отбор за третьей ступенью,
-
3-й отбор за четвертой ступенью,
-
4-й отбор совмещен с выхлопным патрубком ЦВД.
Для исключения выхода радиоактивного пара из турбины, в ней
предусмотрены концевые уплотнения, питающиеся «чистым» паром от специальной
испарительной установки.
I. Процесс расширения пара в
турбине в h,s-диаграмме.
1.
При построении процесса расширения в h,s-диаграмме принимаем потери давления в стопорных
и регулирующщих клапанах равными 4 % от Р0:
DP/P0 =0,04; DP = P0 * 0,04 = 6,8 *
0,04 = 0,272 МПа;
P0 =
P0 - DP = 6,8 – 0,27
= 6,53 МПа
По
h,s-диаграмме находим: h0 = 2725 кДж/кг;
u0 = 0,032 м3/кг ; hк = 2252 кДж/кг; x0 = 0,995
2.
Располагаемый теплоперепад в турбине:
H0 = h0 – hк = 2725 –
2252 = 472 кДж/кг;
3.
Задаемся значением внутреннего относительного КПД
турбины: hoi = 0,8.
Принимаем
КПД генератора hг = 0,985, КПД механический hм = 0,99.
4.
Расход пара на ЦВД:
Т.к.
ЦВД выполнен двухпоточным, то расход пара на один поток G1 = 65,18 кг/с.
5.
Из расчета тепловой схемы турбины – относительный
расход пара в отборах ЦВД:
a1 = 0,06; a2 = 0,02; a3 = 0,03;
6.
Расход пара через последнюю ступень ЦВД:
II. Предварительный расчет 1-й ступени.
1.
Задаемся величиной располагаемого теплоперепада на
сопловой решетке hос=80
КДж/кг.
По h,s-диаграмме , удельный объем пара на выходе из
сопловой решетки u1t = 0,045 м3/кг.
2.
Определим диаметр 1-й ступени:
где m1= 0,96 – коэффициент расхода, принннят по [1];
r = 5 (15)% - степень реактивнности, принят по
[1];
a1э = 11° - угол выхода пара из
сопловой решетки:
е =1– степень
парциальности:
Хф =0,5 –
отношение скоростей, принимая согласно l1, где
l1 = 0,015 м –высота сопловой решетки , по [1].
3.
Теплоперепад сопловой решетки:
4.
Проверка
III. Предварительный расчет последней
ступени.
1.
При предварительном расчете ЦВД с противодавлением,
где объемы пара возрастают незначительно, диаметр у корня лопаток (корневой
диаметр dк) принимают
постоянным. В этом случае высота рабочих лопаток 1-й и последней ступеней
связаны приближенной зависимостью:
,
где:
l2= l1 + D =
0,015 + 0,003 = 0,018м – высота рабочей лопатки 1-й ступени;
uzt = 0,5 м3/кг
– удельный объем пара за последней ступенью (по h,s-диаграмме).
u2t
»u1t = 0,045 м3/кг
=0,178м
2.
Диаметр последней ступени:
dz = (d1 – lz) + lz = (1,05-0,018)+0,178= 1,21
м.(1,46)
IV. Выбор числа ступеней ЦВД и
распределение теплоперепадов между ними.
- Строим кривую
изменения диаметров вдоль проточной части ЦВД. По оси абсцисс откладываем
произвольные равные отрезки. На пересечении с кривой изменения диаметров,
получаем примерные диаметры промежуточных ступеней (см. рис. 1).
(d1 = 1,05
м; d2 = 1,09 м; d3 = 1,13 м; d4 = 1,17 м; d5 = 1,21 м;)
d1 = 1,3 м; d2 = 1,34 м; d3
= 1,38 м; d4 = 1,42 м;
d5 = 1,46 м;
hо1 =56,96 КДж/кг;(83,15) hо2 =59,12 КДж/кг;(88,34) hо3 =61,3 КДж/кг;(93,7)
hо4 =63,46 КДж/кг;(99,21) hо5 =65,63 КДж/кг.(104,87)
- Средний
теплоперепад ступени:
hоср =94,9
КДж/кг;(61,3)
4.Коэффициент
возврата теплоты:
q = l*(1-hcoi)*Н0*(z’-1)/z’,
где
hcoi
=0,97 – ожидаемое КПД ступени;
l = 2,8*10-4 –
коэффициент для турбин на насыщенном паре;
z’
= 5 – число ступеней (предварительно)
q = 2,8*10-4*(1-0,97)*472*(5-1)/5 =
3,17*10-3
5.
Число ступеней ЦВД:
q = l*(1-hcoi)*Н0*(z’-1)/z’,
где
= 4,99»5
6. Уточнение теплоперепадов для каждой ступени:
Расхождение
:
Распределим
равномерно по всем ступеням и уточним теплоперепады каждой ступени:
h’оz = hоz +
D/z
№ ступени
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
dст, м
|
1,3
|
1,34
|
1,38
|
1,42
|
1,46
|
hоz , КДж/кг
|
83,15
|
88,34
|
93,7
|
99,21
|
104,87
|
h’оz ,КДж/кг
|
82,35
|
87,54
|
92,9
|
98,41
|
104,07
|
V. Детальный расчет первой
ступени ЦВД.
- Степень реакции по
среднему диаметру:
rср1 =
- Изоэнтропный
теплоперепад в сопловой решетке:
hос = (1 - r) * h0 = (1-0,024) *93,05 = 90,82 КДж/кг.
- Энтальпия пара за
сопловой решеткой:
hc = h0 – hoc = 2725 – 90,82= 2634,18 КДж/кг.
- По h,s-диаграмме определим параметры пара:
u1t = 0,046 м3/кг, Р1
= 4,3 МПа.
- Теоретическая
скорость пара на выходе из сопловой решетки:
- Выходная площадь
сопловой решетки:
m1 = 0,97 – коэффициент расхода.
- Высота сопловой
решетки: l1 =
- Число Маха:
M1t =
к
= 1,35 – показатель адиабаты пара.
- По значениям M1t и a1э из атласа профилей выбираем профиль сопловой решетки:
С-90-09-А;
t = 0,78; b1 = 6,06 см
- Число лопаток:
Z
=
- Коэффициент
скорости сопловой решетки:
j = 0,97 (рис. 2.29а [2]).
- Построим входной
треугольник скоростей (см. рис 2):
С1
= j * С1t
=0,97*426,2=413,4 м/с
U
= p * d *n =3,14*1,3*50=204,1 м/с
- По треугольнику
скоростей определяем относительную скорость входа в рабочую решетку и угол
направления этой скорости:
w1 = 213 м/с; b1 = 22°.
- Потери энергии при
обтекании сопловой решетки:
- Изоэнтропный
теплоперепад в рабочей решетке:
hор = r * hо1 = 0,024 *
93,05 = 2,23 кДж/кг
- Энтальпия пара в
конце изо энтропного расширения:
hр = hс + Dhc - hор = 2634,18 +
5,4 – 2,23 = 2637,35 кДж/кг
- Параметры пара за
рабочей решеткой по h,s-диаграмме:
u2t = 0,046 м3/кг, Р2
= 4,3 МПа.
- Теоретическая
относительная скоорость выхода пара из рабочей решетки:
w2t =
- Площадь рабочей
решетки:
- Высота рабочей
лопатки:
l2 = l1 + D =
0,011 + 0,003 = 0,0113 м
- Эффективный угол выхода
пара из рабочей решетки:
; èb2э = 18,1°.
- Число Маха:
M2t =
- По значениям M2t и b2э из атласа профилей выбираем профиль рабочей лопатки:
Р-26-17-А;
t = 0,65; b1 = 2,576 см
- Коэффициент
скорости в рабочей решетке:
y= 0,945 (рис. 2.29а [2]).
- Построим выходной
треугольник скоростей (см. рис 2).
По треугольнику скоростей определяем относительную скорость
на выходе из рабочей решетки и угол направления этой скорости:
w2 = y * w2t = 0,945 * 223,2 = 210,9 м/с;
sin b2
= sin b2э
* (m2 / y) = sin18,1*(0,94/0,945)= 0,309,
b2 »18 °
- Из выходного
треугольника скоростей находим абсолютную скорость выхода пара из ступени
и выход ее направления:
С2 = 71 м/с, a2 = 94°.
- Потери при
обтекании рабочей решетки:
- Потери с выходной
скоростью:
- Располагаемая
энергия ступени:
E0 = h – xв.с. * Dhв.с. = 93,05 – 2,52 = 90,53;
xв.с. =1 – с учетом полного использования С2.
- Относительный
лопаточный КПД:
, и
проверяем
Расхождение
между КПД, подсчитанным по разным формулам, незначительно.
- Относительные
потери от утечек через диафрагменные уплотнения подсчитываются для
последующих ступеней:
, где
Кy – поправочный коэффициент ступенчатого уплотнения;
Мy – коэффициент расхода уплотнения (рис. 3.34 [1]);
Zy – число гребней диафрагменного
уплотнения;
m1 – коэффициент расхода сопловой решетки;
F1 – выходная площадь сопловой решетки;
Fy = p * dy * dy – площадь проходного сечения;
dy – диаметр уплотнения;
dy – радиальный
зазор.
- Относительные
потери утечек через бандажные уплотнения:
xyd = ,где
dn = d1 + l2 = 1,3 + 0,018 =1,318 - диаметр по
периферии;
dэ – эквивалентный зазор, dэ = ,где
dа = 1 мм – осевой зазор лопаточного бандажа;
dz = 1 мм –
радиальный зазор;
zr = 2 – число гребней в надбандажном уплотнении.
dэ =
xyd =
- Абсолютные потери
от утечек через уплотнения ступени:
Dhу =xуd * Е0=0,045*90,46=
4,034кДж/кг
- Относительные
потери на трение:
xтр = ,где
Ктр
= (0,45¸0,8)*10-3
– зависит от режима течения.
xтр =
- Абсолютные потери
на трение:
Dhтр =xтр * Е0= 0,0108*90,46 = 0,98 кДж/кг
- Относительные
потери от влажности:
xвл = , где
y0 = 0,5 % - степень влажности перед
ступенью;
y2 = 7,5 % - степень влажности после ступени;
xвл =2*0,5[0,9*0,005+0,35((0,075-0,005)]=0,029
- Абсолютные потери
от влажности:
Dhвл =xвл * Е0= 0,029 *90,46= 2,623 кДж/кг
- Используемый
теплоперепад ступени:
hi = E0 - Dhc - Dhp - Dhв.с. - Dhy - Dhтр - Dhвл =
= 90,46 – 5,4 – 2,66 – 2,52 – 4,034 – 0,98 – 2,623
= 72,24 кДж/кг
- Внутренний
относительный КПД ступени:
hoi
= hi / E0 = 72,24 / 90,46 = 0,8
- Внутренняя мощность
ступени:
Ni = Gi * hi = 65,18 *
72,24 = 4708,6 КВт.
Список
используемой литературы:
1.
«Тепловой расчет паровой турбины» Методические
указания по курсовому проектированию. М.:МГОУ, 1994г.
2.
Яблоков Л.Д., Логинов И.Г. «Паровые и газовые
турбоустановки», 1988г.
3.
Щегляев А.В. «Паровые турбины», 1976 г.
4.
Теплофизические свойства воды и водяного пара п/р
Ривкина, Александрова, 1980г.